Mokslininkai rado būdą kūną panaudoti akumuliatorių įkrovimui

Tikriausiai vienas iš labiausiai erzinančių dalykų naudojant elektroninius mobiliuosius įrenginius yra poreikis jų akumuliatorius periodiškai įkrauti. Mokslininkai rado išeitį.

Tikriausiai daugeliui yra pažįstama situacija, kai telefono akumuliatoriaus indikatorius pradeda šviesti raudonai, kaip tik tuo momentu kai reikia išeiti iš namų arba užsidedi ausines, o ten pasigirsta signalas informuojantis, kad akumuliatorių įkrova yra kritiškai žemo lygio. Todėl naujas Carnegie Mellon universiteto (CMU) ateities sąsajų grupės, tyrinėjančiais technologijas, kurios galėtų maitinti ausines ar bet kurį kitą mažą įtaisą, tyrimas – gaunant elektros energiją per odą – džiugina. Kitaip tariant, elektros energijos, bent jau kol ji jums bus reikalinga – niekada nepritrūks. Tiesiog užsidėkite ausines ir klausykite, kol ausys nukris.

Mokslininkai tai vadina „Power-over-Skin“ technologija. Chris Harrison, CMU Žmogaus ir kompiuterio sąveikos instituto docentas ir tyrimo bendraautorius sako, kad tai gali pakeisti plataus vartojimo elektronikos pramonę.

Naujoji technologija veikia paverčiant žmogaus kūną energijos tiekimo terpe, naudojant radijo dažnio (RD) signalus ir belaidžiu būdu perduoti elektros energiją per odą. Paprastais žodžiais tariant, sistemą sudaro siųstuvas ir imtuvas. Siųstuvas yra baterijomis maitinamas įrenginys, kuris sujungia RD energiją su vartotojo oda. Jis gali būti integruotas į esamus elementus, pvz., telefoną, išmanųjį laikrodį ar maitinimo bloką, kuris gali būti bet kurioje kūno vietoje. Imtuvas sugeria šią radijo dažnių energiją, paversdamas ją galia, skirta naudoti nešiojamiems įtaisams, pvz., ausinėms, žiedams ar bet kokiam mažos galios elektroniniam įrenginiui, kuris gali būti kitoje kūno vietoje.

Tyrėjai įrodė, kad ši sistema gali perduoti energiją kūnu dideliais atstumais, nuo galvos iki kojų, turėdama pakankamai galios maitinti mikrovaldiklius, jutiklius ir „Bluetooth“ ryšius. Harrison sako, kad pagrindinė naujovė čia yra paties žmogaus kūno kaip talpinės terpės naudojimas energijos perdavimui, apeinant tradicinio ore sklindančios radijo dažnių energijos surinkimo neefektyvumą – pastarasis iššvaisto didžiąją dalį perduodamos galios. Sukūrėme Power-over-Skin atsižvelgdami į apribojimus, optimizuodami energijos perdavimą per kūną ir įgalindami anksčiau neįmanomas dėvėti vietas, – sako Harrison. Išnaudodama odos savybes tam tikrais dažniais, komanda rado būdą perduoti energiją, nepažeidžiant žmonių saugos standartų.

Siųstuvas skleidžia 40 MHz RD signalą, kuris yra ypač efektyvus energijos perdavimui kūno viduje. Harrison paaiškina, kad dažniai, leidžiantys geriausiai perduoti energiją, yra tie, kuriais signalas sklinda efektyviausiai ir prarandama mažiausiai energijos, o naudojant šią Power-over-Skin technologiją, tai vyksta maždaug 40 MHz dažniu. "Mes pasirinkome 40 MHz, nes žemesnius dažnius lengviau gaminti ir jie, keliaudami kūnu, praranda mažiau energijos", - sako jis.

Aplinkos radijo dažnio triukšmo ar laidžių paviršių trikdžiai nėra problema, sako Harrison: „Įdomu tai, kad jei aplinkoje yra kitų radijo dažnių triukšmo šaltinių, mūsų „surinkimo grandinė“ bandys surinkti energiją ir iš jų, darant prielaidą, kad tie dažniai susiję su žmogaus kūnu.“ Komanda taip pat sukūrė siųstuvo dažnį, kad sumažintų nuostolius, kai vartotojas liečiasi su laidžiais paviršiais. „Efektyvumas šiek tiek sumažėja, jei naudotojas paliečia laidų paviršių, – sako Harrison, – bet mes sąmoningai pasirinkome dažnius, kuriuos kūnas gerai praleidžia, todėl gauname gerą spinduliuotę, nepaisant vartotojo įžeminimo.

Pasak Harrison, sistemos RD spinduliuotė atitinka nustatytas saugos normas, o tai reiškia, kad ją saugu naudoti žmonėms. RD energijos naudojimo koncepcija nėra nauja – panašūs belaidžio energijos perdavimo būdai naudojami tokiuose įrenginiuose kaip bekontakčiai telefonų įkrovikliai ir kai kurie medicininiai implantai. Pavyzdžiui, širdies stimuliatoriai ir kochleariniai implantai naudoja belaidį energijos perdavimą, kad įkrautų arba maitintų save nenaudojant tiesioginių laidų. Tačiau šios sistemos išskirtinumas yra tas, kad ji naudoja patį žmogaus kūną, kad perduotų energiją didesniais atstumais, o tai gerokai skiriasi nuo įprastų belaidžio įkrovimo būdų, kuriems reikalingas artimas kontaktas.

Naujųjų „Power-over-Skin“ siųstuvų galia yra sąmoningai apribota iki 0,5 vato, o tai yra gerokai mažesnė už pripažintą 5 vatų saugos ribą radijo dažniui. „Nėra jokių neigiamų pasekmių, susijusių su mūsų naudojamų RD dažnių poveikiu, įrodymų“, – teigia Harrison.

Visiškai kitokia vartotojų patirtis

Ši technologija taip pat veikia per drabužius dėl reiškinio, vadinamo talpine jungtimi (angl. ‌capacitive coupling). Tai leidžia perduoti energiją per elektrinį lauką be tiesioginio siųstuvo ir kūno fizinio kontakto su oda. Tai reiškia, kad galite įsidėti „Power-over-skin“ telefoną į džinsų kišenę ir pamiršti apie poreikį įkrauti ausines ar išmanųjį laikrodį. Tai gali radikaliai pakeisti dabartinę vartotojo patirtį naudojant dėvimą elektroniką, kurią visada pertraukia įkrovimo ciklai. „Jei siųstuvas yra arčiau liemens, pavyzdžiui, telefonas kišenėje, tai pagerins energijos perdavimo našumą kūnu“, - sako Harrison ir paaiškina, kad vanduo yra tai, kas padeda RD signalams efektyviai sklisti per kūną. Jis taip pat sako, kad kūno tipas neturi įtakos efektyvumui, nes žmogaus audiniai iš esmės turi vienodą vandens kiekį.

Ši kūno varoma sistema iš tiesų gali būti revoliucinė ir netgi padaryti nešiojamus daiktus ne tik patogesniais ir patrauklesniais, bet ir lengvesniais. Akumuliatoriai yra sunkiausias daugelio kompaktiškų įrenginių komponentas, užimantis vietą ir ribojantis dizaino galimybes. Akumuliatoriaus poreikio pašalinimas gali iš esmės pakeisti jų dizainą ir patogumą. Tas pats gali nutikti su medicininiais implantais. Naudojant kūno energiją, tai gali atverti reikšmingas galimybes ilgalaikiam, priežiūros nereikalaujančiam sveikatos stebėjimui, kurį, pasak Harrison, mokslininkai tirs kitais metais.

Kaip bebūtų apmaudu, bet rytoj visada įjungtą „Apple Watch“ laikrodį ar „AirPods“ ausines vis tiek teks įkrauti vis dar tradiciniu būdu. Kaip pažymi Harrison, labai mažos galios ciklo prietaisams, pvz., gliukozės monitoriams, kurie matavimus atlieka tik kas kelias minutes ar dar rečiau, Power-over-Skin technologija jau gali būti pradėta naudoti. Tačiau plataus vartojimo elektronikos technologiją reikia labiau tobulinti. Technologija yra tyrimo prototipo fazėje, o ateityje reikės dirbti, kad ji būtų miniatiūrizuota ir komercializuota, tačiau į didžiausią klausimą – ar tai apskritai įmanoma? – jau atsakyta ir tai milžiniškas žingsnis vartotojų galimybių praplėtimo link.

Akumuliatoriai Sveikata Technologijos